JP4918388B2 - コンバインド発電プラント - Google Patents
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Description
本発明は、コンバインド発電プラントに関する。
近年、液化天然ガス等を燃料として使用する火力発電プラントが多く用いられるようになっている。このような火力発電プラントとしては、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを備えたコンバインド発電プラントが、一般的に用いられている。
上述のコンバインド発電プラントにおいては、まず、ガスタービンにより発電機が駆動されることにより発電されている。同時に、ガスタービンから排出された熱（排熱）は、排熱回収ボイラにおいて復水器から供給された復水を蒸発させて蒸気を発生させている。発生した蒸気は蒸気タービンに供給され、蒸気タービンを駆動する。蒸気タービンにより発電機が駆動されることにより発電されている。なお、ガスタービンと蒸気タービンが別軸を構成し、各々別の発電機を駆動する構成のものと、ガスタービン、蒸気タービン及び発電機が一軸に連結され、１つの発電機を駆動する構成のものがある。
上述のコンバインド発電プラントにおいては、まず、ガスタービンにより発電機が駆動されることにより発電されている。同時に、ガスタービンから排出された熱（排熱）は、排熱回収ボイラにおいて復水器から供給された復水を蒸発させて蒸気を発生させている。発生した蒸気は蒸気タービンに供給され、蒸気タービンを駆動する。蒸気タービンにより発電機が駆動されることにより発電されている。なお、ガスタービンと蒸気タービンが別軸を構成し、各々別の発電機を駆動する構成のものと、ガスタービン、蒸気タービン及び発電機が一軸に連結され、１つの発電機を駆動する構成のものがある。
上述のガスタービンを用いた発電プラントの熱効率（発電効率）は、ガスタービンの入口燃焼ガス温度を高くすることにより、効率が高くなることが知られている。しかしながら、入口燃焼ガス温度を高くすると、ガスタービン高温部（例えば燃焼器や、ガスタービン静翼や、ガスタービン動翼など）の熱による破損や溶融が発生する。そのため、ガスタービン高温部を冷却して、熱による破損や溶融を防止する技術が提案されている（特許文献１および２）。
特許第３０６８９２５号公報
特開２０００−２４８９６２号公報
上述の特許文献１および２には、ガスタービン高温部を冷却する冷却媒体として蒸気を用いた技術が開示されている。
冷却媒体として蒸気を用いた場合、蒸気を供給する配管等（冷却用蒸気系統）が冷えていると、蒸気の一部が凝縮して水滴などのドレンが発生する。水滴は蒸気とともにガスタービン高温部に導かれ、ガスタービン高温部に接触する恐れがある。水滴と接触したガスタービン高温部は、局所的に冷却されるため、熱応力により耐久性が低下する恐れがあった。さらに、ガスタービンの高温部は複雑な冷却構造を持っているため、特にドレンが滞留しやすい傾向がある。
ここで、冷却用蒸気系統が冷えている状態としては、ガスタービンプラントの起動時や、停止時などを挙げることができる。
冷却媒体として蒸気を用いた場合、蒸気を供給する配管等（冷却用蒸気系統）が冷えていると、蒸気の一部が凝縮して水滴などのドレンが発生する。水滴は蒸気とともにガスタービン高温部に導かれ、ガスタービン高温部に接触する恐れがある。水滴と接触したガスタービン高温部は、局所的に冷却されるため、熱応力により耐久性が低下する恐れがあった。さらに、ガスタービンの高温部は複雑な冷却構造を持っているため、特にドレンが滞留しやすい傾向がある。
ここで、冷却用蒸気系統が冷えている状態としては、ガスタービンプラントの起動時や、停止時などを挙げることができる。
ガスタービン停止時における水滴の発生を防止するため、ガスタービンの停止後、冷却用蒸気系統およびガスタービンに乾燥気体を導入し、冷却用蒸気系統から蒸気を追出す方法が知られている。
しかしながら、乾燥気体は蒸気よりも温度が低いことが多く、この乾燥気体を冷却用蒸気系統に導入することで、冷却用蒸気系統が冷える恐れがある。すると、ガスタービンプラントを再起動する際に、再び冷却用蒸気系統に蒸気を所定時間通気して，配管などを温める（ウォーミングする）必要があり、再起動に時間がかかるという問題があった。
しかしながら、乾燥気体は蒸気よりも温度が低いことが多く、この乾燥気体を冷却用蒸気系統に導入することで、冷却用蒸気系統が冷える恐れがある。すると、ガスタービンプラントを再起動する際に、再び冷却用蒸気系統に蒸気を所定時間通気して，配管などを温める（ウォーミングする）必要があり、再起動に時間がかかるという問題があった。
特に、週末停止起動（ＷＳＳ：Ｗｅｅｋｌｙ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ）や、深夜停止起動（ＤＳＳ：Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ）などのように、比較的短い停止時間の後にガスタービンプラントを起動する際に時間がかかるという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、再起動時間の短縮を図ることができるコンバインド発電プラントを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のコンバインド発電プラントは、ガスタービンを備えたガスタービン発電部と、蒸気タービンを備えた蒸気タービン発電部と、前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給部と、該蒸気供給部から前記ガスタービンへ蒸気を導く第１蒸気管と、前記ガスタービンから前記蒸気タービンに蒸気を導く第２蒸気管と、前記第１蒸気管から前記ガスタービンへの蒸気の流入を制御する第１制御部と、前記ガスタービンから前記第２蒸気管への蒸気の流出を制御する第２制御部と、前記ガスタービンと前記第２制御部との間に設けられ、前記ガスタービン内の蒸気を前記ガスタービンの外部に放出する放出部と、前記ガスタービン内から蒸気を追出す流体を導入する流体供給部と、前記第１蒸気管の蒸気を前記第２蒸気管へ導くバイパス管と、前記第２蒸気管と前記バイパス管との接続部よりも下流側の前記第２蒸気管に接続され、蒸気を外部に放出する放出管と、が設けられたことを特徴とする。
本発明のコンバインド発電プラントは、ガスタービンを備えたガスタービン発電部と、蒸気タービンを備えた蒸気タービン発電部と、前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給部と、該蒸気供給部から前記ガスタービンへ蒸気を導く第１蒸気管と、前記ガスタービンから前記蒸気タービンに蒸気を導く第２蒸気管と、前記第１蒸気管から前記ガスタービンへの蒸気の流入を制御する第１制御部と、前記ガスタービンから前記第２蒸気管への蒸気の流出を制御する第２制御部と、前記ガスタービンと前記第２制御部との間に設けられ、前記ガスタービン内の蒸気を前記ガスタービンの外部に放出する放出部と、前記ガスタービン内から蒸気を追出す流体を導入する流体供給部と、前記第１蒸気管の蒸気を前記第２蒸気管へ導くバイパス管と、前記第２蒸気管と前記バイパス管との接続部よりも下流側の前記第２蒸気管に接続され、蒸気を外部に放出する放出管と、が設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、ガスタービン発電部が停止した場合、ガスタービンは第１蒸気管および第２蒸気管から切り離され、第１蒸気管はバイパス管を介して第２蒸気管と接続される。バイパス管を介して、第２蒸気管は第１蒸気管および蒸気供給部と接続されているため、第２蒸気管内の蒸気温度は下がり難くなる。
また、切り離されたガスタービンには流体供給部から流体が供給され、ガスタービン内の蒸気は放出部から外部へ追い出される。一方、第１および第２蒸気管内の蒸気は、ガスタービン発電部が停止した際にも第１および第２蒸気管内に貯留される。そのため、ガスタービン発電部を再起動する際、第１および第２蒸気管とガスタービン内の蒸気を追い出した場合と比較して、ウォームアップにかかる時間が短くとなると共に、蒸気供給部から供給する蒸気の量が少なくなる。
また、切り離されたガスタービンには流体供給部から流体が供給され、ガスタービン内の蒸気は放出部から外部へ追い出される。一方、第１および第２蒸気管内の蒸気は、ガスタービン発電部が停止した際にも第１および第２蒸気管内に貯留される。そのため、ガスタービン発電部を再起動する際、第１および第２蒸気管とガスタービン内の蒸気を追い出した場合と比較して、ウォームアップにかかる時間が短くとなると共に、蒸気供給部から供給する蒸気の量が少なくなる。
上記発明においては、前記バイパス管には、蒸気の流れを制御する第３制御部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、ガスタービン発電部が運転されている場合は、第３制御部により、バイパス管を介した第１蒸気管から第２蒸気管への蒸気の流入が防止される。そのため、第１蒸気管の蒸気は全てガスタービンに流入され、ガスタービン高温部の冷却不足が防止される。一方、ガスタービン発電部が停止された場合は、バイパス管を介して第１蒸気管から第２蒸気管へ蒸気が流入する。
上記発明においては、前記第２制御部は、前記ガスタービンから前記第２蒸気管に向かう方向のみに流体を流す逆止弁であることが望ましい。
本発明によれば、第２制御部として開閉弁などを用いた場合と比較して、弁の開閉操作等を行うことなく、第２蒸気管からガスタービンへの蒸気の流入が防止される。また、安価な逆止弁を用いるので、コンバインド発電プラントの製造コストが削減される。
上記発明においては、前記第１制御部は、前記第１蒸気管から前記ガスタービンに向かう方向のみに流体を流す逆止弁であり、前記蒸気供給部と前記第１制御部との間の前記第１蒸気管には、蒸気の圧力を調整する圧力調整部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、第１制御部として開閉弁などを用いた場合と比較して、ガスタービンに蒸気より高圧な流体を供給するだけでガスタービンへの蒸気の流入が防止されるため、第１制御部における流れ制御が容易となる。また、安価な逆止弁を用いるので、コンバインド発電プラントの製造コストが削減される。
圧力調整部により第１制御部に加えられる蒸気の圧力が下げられることから、ガスタービンに供給される流体の圧力が下げられる。そのため、流体供給部に求められる供給圧力を低く抑えられる。
圧力調整部により第１制御部に加えられる蒸気の圧力が下げられることから、ガスタービンに供給される流体の圧力が下げられる。そのため、流体供給部に求められる供給圧力を低く抑えられる。
本発明のコンバインド発電プラントによれば、ガスタービン発電部が停止した場合、ガスタービンは第１蒸気管および第２蒸気管から切り離されるとともに、第２蒸気管はバイパス管を介して第１蒸気管と接続されるため、第１および第２蒸気管の温度が下がりにくくなり、再起動時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。
〔第１の実施形態〕
以下、本発明における第１の実施形態のコンバインド発電プラントについて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態のコンバインド発電プラントの概略を説明する概略図である。
コンバインド発電プラント１は、図１に示すように、ガスタービン１９を備えたガスタービン発電部３と、蒸気タービン２３を備えた蒸気タービン発電部５と、蒸気を供給する排熱回収ボイラ（蒸気供給部）７と、蒸気を導く第１蒸気管１１および第２蒸気管１３と、を備えている。
以下、本発明における第１の実施形態のコンバインド発電プラントについて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態のコンバインド発電プラントの概略を説明する概略図である。
コンバインド発電プラント１は、図１に示すように、ガスタービン１９を備えたガスタービン発電部３と、蒸気タービン２３を備えた蒸気タービン発電部５と、蒸気を供給する排熱回収ボイラ（蒸気供給部）７と、蒸気を導く第１蒸気管１１および第２蒸気管１３と、を備えている。
ガスタービン発電部３は、液化天然ガス等を燃料としてガスタービン１９を回転させ、その回転駆動力を用いて発電を行うものである。ガスタービン発電部３には、図１に示すように、圧縮機１５と、燃焼器１７と、タービン１８と、ガスタービン発電機２１と、を備えている。
圧縮機１５は、タービン１８により回転駆動され、空気を吸入するとともに圧縮して燃焼器１７に供給するものである。
燃焼器１７は、圧縮機１５から供給された圧縮空気と燃料とを混合し、混合ガスを燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。
圧縮機１５は、タービン１８により回転駆動され、空気を吸入するとともに圧縮して燃焼器１７に供給するものである。
燃焼器１７は、圧縮機１５から供給された圧縮空気と燃料とを混合し、混合ガスを燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。
タービン１８は、燃焼器１７から供給された燃焼ガスを用いて圧縮機１５およびガスタービン発電機２１を回転駆動するものである。ガスタービン１９における燃焼器１７や燃焼ガスの流入部近傍（タービン高温部１８Ｈ）におけるガスタービン静翼やガスタービン動翼などには、後述する冷却用の蒸気が流通する流路が形成されている（図示せず）。
なお、ガスタービン発電部３に用いられているガスタービン１９等の構成要素は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
なお、ガスタービン発電部３に用いられているガスタービン１９等の構成要素は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
蒸気タービン発電部５は、排熱回収ボイラ７などから供給された蒸気により蒸気タービン２３を回転させ、その回転駆動力を用いて発電を行うものである。蒸気タービン発電部５は、蒸気タービン２３と、蒸気タービン発電機２５と、復水器２７とを備えている。
蒸気タービン２３は、排熱回収ボイラ７から供給された蒸気や、ガスタービン１９を経由して供給された蒸気を用いて蒸気タービン発電機２５を回転駆動するものである。本実施形態においては、高圧蒸気タービン２３ＨＰ、中圧蒸気タービン２３ＩＰ、低圧蒸気タービン２３ＬＰから構成されている蒸気タービン２３に適用して説明する。
蒸気タービン２３は、排熱回収ボイラ７から供給された蒸気や、ガスタービン１９を経由して供給された蒸気を用いて蒸気タービン発電機２５を回転駆動するものである。本実施形態においては、高圧蒸気タービン２３ＨＰ、中圧蒸気タービン２３ＩＰ、低圧蒸気タービン２３ＬＰから構成されている蒸気タービン２３に適用して説明する。
復水器２７は、蒸気タービン２３を回転駆動した蒸気を凝縮させ水に戻すものである。具体的には、復水器２７には低圧蒸気タービン２３ＬＰから排出された蒸気が導かれている。
なお、蒸気タービン発電部５に用いられている蒸気タービン２３等の構成要素は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
なお、蒸気タービン発電部５に用いられている蒸気タービン２３等の構成要素は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）７は、ガスタービン１９から排出された燃焼ガス（排気ガス）に含まれる熱（排熱）を利用して蒸気を生成するものである。生成された蒸気は、蒸気タービン発電部５に供給されて、蒸気タービン２３の回転駆動に用いられるとともに、ガスタービン１９に供給されて燃焼器１７やタービン高温部１８Ｈなどの冷却に用いられる。
また、図１では，ガスタービン１９と蒸気タービン２３が各々別の発電機２１，２３を駆動する構成を示したが、ガスタービン、蒸気タービン及び発電機が一軸に連結され、１つの発電機を駆動する構成もあり、特に限定するものではない（図示せず）。
また、図１では，ガスタービン１９と蒸気タービン２３が各々別の発電機２１，２３を駆動する構成を示したが、ガスタービン、蒸気タービン及び発電機が一軸に連結され、１つの発電機を駆動する構成もあり、特に限定するものではない（図示せず）。
図２は、図１のコンバインド発電プラントを説明する模式図である。
第１蒸気管１１は、図２に示すように、排熱回収ボイラ７により生成された蒸気をガスタービン発電部３のガスタービン１９に供給する配管である。第１蒸気管１１には、排熱回収ボイラ７側から順に第１モータ弁２９と、第１開閉弁（第１制御部）３１とが設けられている。第１モータ弁２９はモータにより開閉制御される弁であり、排熱回収ボイラ７と第１蒸気管１１との間の接続、切り離しを行うものである。第１開閉弁３１は第１蒸気管１１とガスタービン１９との間の接続、切り離しを行うものである。
第１蒸気管１１は、図２に示すように、排熱回収ボイラ７により生成された蒸気をガスタービン発電部３のガスタービン１９に供給する配管である。第１蒸気管１１には、排熱回収ボイラ７側から順に第１モータ弁２９と、第１開閉弁（第１制御部）３１とが設けられている。第１モータ弁２９はモータにより開閉制御される弁であり、排熱回収ボイラ７と第１蒸気管１１との間の接続、切り離しを行うものである。第１開閉弁３１は第１蒸気管１１とガスタービン１９との間の接続、切り離しを行うものである。
第１蒸気管１１には、第１モータ弁２９から第１開閉弁３１に向かって順に、蒸気をフラッシュパイプ３７に導く第１放出管３９と、蒸気を第２蒸気管１３に導くバイパス管３５と、蒸気をフラッシュパイプ３７に導く第２放出管４１とが接続されている。
なお、バイパス管３５は上述のように、第１放出管３９と第２放出管の間に配置されていてもよいし、第１放出管３９の上流側や第２放出管４１の下流側に配置されてもよく、特に限定するものではない。
なお、バイパス管３５は上述のように、第１放出管３９と第２放出管の間に配置されていてもよいし、第１放出管３９の上流側や第２放出管４１の下流側に配置されてもよく、特に限定するものではない。
また、第１蒸気管１１には、第１開閉弁３１とガスタービン１９との間に、空気供給部（流体供給部）８１から乾燥空気を供給する空気供給管８３が接続されている。空気供給管８３には、乾燥空気の流れを制御する空気供給弁８５が配置されている。
なお、空気供給部８１は、上述のように乾燥空気を供給してもよいし、乾燥窒素などの他の流体を供給してもよく、特に限定するものではない。
なお、空気供給部８１は、上述のように乾燥空気を供給してもよいし、乾燥窒素などの他の流体を供給してもよく、特に限定するものではない。
第１放出管３９には、蒸気の放出を制御する第１放出弁４３が配置され、第２放出管４１には、蒸気の放出を制御する第２放出弁４５が配置されている。
第１および第２放出弁４３，４５は、第１および第２放出管３９，４１における第１蒸気管１１の近傍に設けられていることが好ましいが、特にその配置位置を限定するものではない。第１および第２放出弁４３，４５としては、開閉弁などの気体流れを制御する公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
第１および第２放出弁４３，４５は、第１および第２放出管３９，４１における第１蒸気管１１の近傍に設けられていることが好ましいが、特にその配置位置を限定するものではない。第１および第２放出弁４３，４５としては、開閉弁などの気体流れを制御する公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
第２蒸気管１３は、図２に示すように、ガスタービン発電部３のガスタービン１９から排出された蒸気を蒸気タービン発電部５の蒸気タービン２３に供給する配管である。第２蒸気管１３には、ガスタービン１９側から順に第２開閉弁（第２制御部）４７と、第２モータ弁４９と、が設けられている。
第２開閉弁４７は第２蒸気管１３とガスタービン１９との間の接続、切り離しを行うものである。第２モータ弁４９はモータにより開閉制御される弁であり、第２蒸気管１３と蒸気タービン２３との間の接続、切り離しを行うものである。
第２開閉弁４７は第２蒸気管１３とガスタービン１９との間の接続、切り離しを行うものである。第２モータ弁４９はモータにより開閉制御される弁であり、第２蒸気管１３と蒸気タービン２３との間の接続、切り離しを行うものである。
第２蒸気管１３には、第２開閉弁４７から第２モータ弁４９に向かって順に、バイパス管３５と、蒸気をフラッシュパイプ３７に導く第３放出管５１と、蒸気を復水器２７に導く第４放出管５３と、が接続されている。排熱回収ボイラ７から蒸気タービン２３に蒸気が供給される蒸気供給管８には、第２モータ弁４９から蒸気タービン２３に蒸気が供給される第２蒸気管１３が接続されている。
第４放出管５３を介して、第２蒸気管１３内の蒸気を復水器２７に導くことにより、大気に蒸気を放出する方法と比較して、蒸気（水）が復水器２７に回収されるため、水の使用量が削減される。
また、第２蒸気管１３には、ガスタービン１９と第２開閉弁４７との間に、乾燥空気などをフラッシュパイプ３７に導く第５放出管（放出部）６１が接続されている。第５放出管６１には、乾燥空気などの流れを制御する第５放出弁（放出部）６３が配置されている。
また、第２蒸気管１３には、ガスタービン１９と第２開閉弁４７との間に、乾燥空気などをフラッシュパイプ３７に導く第５放出管（放出部）６１が接続されている。第５放出管６１には、乾燥空気などの流れを制御する第５放出弁（放出部）６３が配置されている。
第３放出管５１には、蒸気の放出を制御する第３放出弁５５が配置され、第４放出管５３には、蒸気の放出を制御する第４放出弁５７が配置されている。
第３および第４放出弁５５，５７は、第３および第４放出管５１，５３における第２蒸気管１３の近傍に設けられていることが好ましいが、特にその配置位置を限定するものではない。第３および第４放出弁５５，５７としては、開閉弁などの気体流れを制御する公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
第３および第４放出弁５５，５７は、第３および第４放出管５１，５３における第２蒸気管１３の近傍に設けられていることが好ましいが、特にその配置位置を限定するものではない。第３および第４放出弁５５，５７としては、開閉弁などの気体流れを制御する公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
バイパス管３５は、第１蒸気管１１と第２蒸気管１３とを連通させる配管である。バイパス管３５には蒸気の流通を制御するバイパス弁（第３制御部）５９が配置されている。バイパス弁５９はバイパス管３５を開閉することにより、バイパス管３５内の蒸気の流れを制御するものである。
フラッシュパイプ３７は、第１放出管３９，第２放出管４１，第３放出管５１および第５放出管６１から導かれた蒸気を大気に放出する筒状の部材である。フラッシュパイプ３７には、フラッシュパイプ３７内に溜まった凝縮水を排出する排水部等が設けられている（図示せず）。
図３は、図２のドレンポットの構成を説明する模式図である。
また、図２では第１放出管３９、第２放出管４１および第３放出管５１には、蒸気が凝縮した凝縮水を蒸気から分離するドレンポット７１が配置されている。
また、図２では第１放出管３９、第２放出管４１および第３放出管５１には、蒸気が凝縮した凝縮水を蒸気から分離するドレンポット７１が配置されている。
ドレンポット７１は、図３に示すように、凝縮水などを貯留するポット７３と、貯留された凝縮水の水面を検出するレベルセンサ７５と、ポット７３内の凝縮水を排出するドレン弁７７とを備えている。ポット７３には、第１放出管３９、第２放出管４１および第３放出管５１を流れる蒸気から凝縮水を分離貯留するものである。ポット７３にはレベルセンサ７５が設けられ、レベルセンサ７５はポット７３内に所定量の凝縮水が溜まったか否かを検出する。レベルセンサ７５の出力はドレン弁７７に入力され、ドレン弁７７はレベルセンサ７５の出力に基づいて、ポット７３内の凝縮水を排水する。
なお、上述のように、第１放出管３９、第２放出管４１および第３放出管５１にポット７１を設けてもよいし、設けなくてもよく特に限定するものではない。また、ドレンポットの代わりにドレントラップを設けてもよい。このドレントラップは公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
次に、上記の構成からなるコンバインド発電プラント１における通常運転時における発電方法について説明する。
コンバインド発電プラント１は、図１に示すように、ガスタービン発電部３および蒸気タービン発電部５において発電を行う。
コンバインド発電プラント１は、図１に示すように、ガスタービン発電部３および蒸気タービン発電部５において発電を行う。
ガスタービン発電部３の圧縮機１５は、空気を吸入するとともに圧縮して、圧縮空気を燃焼器１７に供給する。圧縮空気は燃焼器１７に流入し、燃料と混合される。混合ガスは燃焼器１７において燃焼され、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスはタービン１８に流入し、タービン１８を回転駆動する。タービン１８の回転駆動力は、圧縮機１５およびガスタービン発電機２１に伝達される。圧縮機１５は、回転駆動されることにより上述のように空気を圧縮し、圧縮空気を燃焼器１７に送る。ガスタービン発電機２１は、回転駆動されることにより発電を行う。
タービン１８を回転駆動して温度が低下した燃焼ガスは、ガスタービン１９から排出され排ガスとなる。排ガスは排熱回収ボイラ７に流入し、排ガスが有する熱（排熱）により水を加熱し、蒸気が生成される。
生成された蒸気の大半は、蒸気タービン発電部５の蒸気タービン２３に供給され、蒸気タービン２３を回転駆動する。具体的には、蒸気は、最初に高圧蒸気タービン２３ＨＰに供給され、高圧蒸気タービン２３ＨＰを駆動する。その後、中圧蒸気タービン２３ＩＰおよび低圧蒸気タービン２３ＬＰの順に供給され、中圧蒸気タービン２３ＩＰおよび低圧蒸気タービン２３ＬＰを回転駆動する。
生成された蒸気の大半は、蒸気タービン発電部５の蒸気タービン２３に供給され、蒸気タービン２３を回転駆動する。具体的には、蒸気は、最初に高圧蒸気タービン２３ＨＰに供給され、高圧蒸気タービン２３ＨＰを駆動する。その後、中圧蒸気タービン２３ＩＰおよび低圧蒸気タービン２３ＬＰの順に供給され、中圧蒸気タービン２３ＩＰおよび低圧蒸気タービン２３ＬＰを回転駆動する。
一方、生成された蒸気の一部は、第１蒸気管１１を介してガスタービン１９の燃焼器１７やタービン高温部１８Ｈなどに供給される。供給された蒸気は、燃焼器１７やタービン高温部１８Ｈなどを冷却し、ガスタービン１９から排出される。排出された蒸気は第２蒸気管１３を介して蒸気タービン発電部５の蒸気タービン２３に流入し、蒸気タービン２３を回転駆動する。
蒸気タービン２３の回転駆動力は蒸気タービン発電機２５に伝達され、蒸気タービン発電機２５により発電が行われる。蒸気タービン２３から排出された蒸気は復水器２７に流入し、復水器２７において凝縮され水となる。凝縮された水は排熱回収ボイラ７に送られ、再び蒸気となって、上記の過程を繰り返す。
次に、本実施形態のコンバインド発電プラント１の特徴である一時停止後から再起動にわたる動作を説明する。
図４は、図２のコンバインド発電プラントにおける起動時の蒸気の流れを説明する模式図である。図４において黒く塗りつぶされた弁は閉じられた弁を示し、白抜きの弁は開かれた弁を示す。
コンバインド発電プラント１が一時停止されると、図４に示すように、第１開閉弁３１、第２開閉弁４７、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、第１モータ弁２９、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれる。
図４は、図２のコンバインド発電プラントにおける起動時の蒸気の流れを説明する模式図である。図４において黒く塗りつぶされた弁は閉じられた弁を示し、白抜きの弁は開かれた弁を示す。
コンバインド発電プラント１が一時停止されると、図４に示すように、第１開閉弁３１、第２開閉弁４７、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、第１モータ弁２９、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれる。
この状態において、空気供給部８１は乾燥空気をガスタービン発電部３のガスタービン１９に供給し、ガスタービン１９内の蒸気を第５放出管６１およびフラッシュパイプ３７を介して大気に追い出す。このとき、第１および第２蒸気管１１，１３とバイパス管３５内には蒸気が満たされている。
なお、空気供給部８１は、コンバインド発電プラント１が停止している間、乾燥空気を供給し続けてもよいし、ガスタービン１９内の蒸気を追い出したら乾燥空気の供給を止めてもよく、特に限定するものではない。乾燥空気を供給し続ける場合には、第１および第２蒸気管１１，１３から蒸気が侵入しても、乾燥空気と共に蒸気をフラッシュパイプ３７に追い出すことができる。また、乾燥空気の供給を止める場合には、ガスタービン１９内を蒸気から乾燥空気に置換するだけでよく、空気供給部８１の供給能力を低く抑えることができる。
なお、空気供給部８１は、コンバインド発電プラント１が停止している間、乾燥空気を供給し続けてもよいし、ガスタービン１９内の蒸気を追い出したら乾燥空気の供給を止めてもよく、特に限定するものではない。乾燥空気を供給し続ける場合には、第１および第２蒸気管１１，１３から蒸気が侵入しても、乾燥空気と共に蒸気をフラッシュパイプ３７に追い出すことができる。また、乾燥空気の供給を止める場合には、ガスタービン１９内を蒸気から乾燥空気に置換するだけでよく、空気供給部８１の供給能力を低く抑えることができる。
その後、コンバインド発電プラント１を起動する場合には、最初にガスタービン発電部３が起動され、その後に蒸気タービン発電部５が起動される。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１開閉弁３１が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。その後、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第２開閉弁４７および第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１開閉弁３１が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。その後、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第２開閉弁４７および第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
上記の構成によれば、ガスタービン発電部３が停止した場合、ガスタービン１９は第１蒸気管１１および第２蒸気管１２から切り離され、第１蒸気管１１はバイパス管３５を介して第２蒸気管１３と接続される。バイパス管３５を介して、第２蒸気管１３は第１蒸気管１１および排熱回収ボイラ７と接続されているため、第２蒸気管１３内の蒸気温度は下がり難くなる。そのため、コンバインド発電プラント１を再起動させる際に、第１および第２蒸気管１１，１３をウォーミングする必要がなくなり、再起動に要する時間が短くなる。
また、切り離されたガスタービン１９には空気供給部８１から乾燥空気が供給され、ガスタービン１９内の蒸気は第５放出管６１およびフラッシュパイプ３７を介して大気へ追い出される。一方、第１および第２蒸気管１１，１３内の蒸気は、ガスタービン発電部３が停止した際にも第１および第２蒸気管１１，１３内に貯留される。そのため、ガスタービン発電部３を再起動する際、第１および第２蒸気管１１，１３とガスタービン１９内の蒸気を追い出した場合と比較して、排熱回収ボイラ７から供給する蒸気の量が少なくなり、再起動に要する時間が短くなる。
本実施形態のコンバインド発電プラント１においては、ガスタービン発電部３が運転されている場合、バイパス弁５９により、バイパス管３５を介した第１蒸気管１１から第２蒸気管１３への蒸気の流入が防止される。そのため、第１蒸気管１１の蒸気は全てガスタービン１９に流入され、燃焼器１７やタービン高温部１８Ｈなどの冷却不足が防止される。一方、ガスタービン発電部３が停止された場合は、バイパス管３５を介して第１蒸気管１１から第２蒸気管１３へ蒸気が流入する。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態のコンバインド発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、第２蒸気管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて第２蒸気管周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態のコンバインド発電プラントを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態のコンバインド発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、第２蒸気管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて第２蒸気管周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態のコンバインド発電プラントを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
コンバインド発電プラント１０１の第２蒸気管１３には、図５に示すように、ガスタービン発電部３側から順に逆止弁（第２制御部）１４７と、第２モータ弁４９と、が設けられている。
逆止弁１４７は、ガスタービン発電部３側から蒸気タービン発電部５に向かう方向のみに蒸気を流すものである。
逆止弁１４７は、ガスタービン発電部３側から蒸気タービン発電部５に向かう方向のみに蒸気を流すものである。
第２蒸気管１３には、逆止弁１４７から第２モータ弁４９に向かって順に、バイパス管３５と、蒸気をフラッシュパイプ３７に導く第３放出管５１と、蒸気を復水器２７に導く第４放出管５３と、が接続されている。排熱回収ボイラ７から蒸気タービン２３に蒸気が供給される蒸気供給管８には、第２モータ弁４９から蒸気タービン２３に蒸気が供給される第２蒸気管１３が接続されている。
次に、本実施形態のコンバインド発電プラント１０１の特徴である一時停止後から再起動にわたる動作を説明する。なお、本実施形態のコンバインド発電プラント１０１における通常運転時における発電方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
コンバインド発電プラント１０１が一時停止されると、図５に示すように、第１開閉弁３１、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、第１モータ弁２９、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれる。
コンバインド発電プラント１０１が一時停止されると、図５に示すように、第１開閉弁３１、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、第１モータ弁２９、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれる。
この状態において、空気供給部８１は乾燥空気をガスタービン発電部３のガスタービン１９に供給し、ガスタービン１９内の蒸気を第５放出管６１およびフラッシュパイプ３７を介して大気に追い出す。このとき、第１および第２蒸気管１１，１３とバイパス管３５内には蒸気が満たされている。
ここで、空気供給部８１から供給される乾燥空気の圧力は、第２蒸気管１３内の蒸気の圧力より低く設定されている。そのため、乾燥空気と蒸気との圧力差により逆止弁１４７は閉じられ、蒸気はガスタービン１９内に流入しない。
ここで、空気供給部８１から供給される乾燥空気の圧力は、第２蒸気管１３内の蒸気の圧力より低く設定されている。そのため、乾燥空気と蒸気との圧力差により逆止弁１４７は閉じられ、蒸気はガスタービン１９内に流入しない。
その後、コンバインド発電プラント１０１を起動する場合には、最初にガスタービン発電部３が起動され、その後に蒸気タービン発電部５が起動される。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１開閉弁３１が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。また、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１開閉弁３１が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。また、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
上記の構成によれば、逆止弁１４７を用いることにより、弁の開閉操作等を行うことなく、第２蒸気管１３からガスタービン１９への蒸気の流入を防止できる。また、開閉弁と比較して安価な逆止弁１４７を用いるので、コンバインド発電プラント１０１の製造コストを削減できる。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。
本実施形態のコンバインド発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、第１蒸気管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６を用いて第１蒸気管の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図６は、本実施形態のコンバインド発電プラントを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。
本実施形態のコンバインド発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、第１蒸気管の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６を用いて第１蒸気管の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図６は、本実施形態のコンバインド発電プラントを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
コンバインド発電プラント２０１の第１蒸気管１１には、図６に示すように、排熱回収ボイラ７側から順に第１モータ弁２９と、圧力調整弁（圧力調整部）２２９と、逆止弁（第１制御部）２３１とが設けられている。
圧力調整弁２２９は、排熱回収ボイラ７からガスタービン１９に供給される蒸気の圧力を調整する弁である。圧力調整弁２２９は、第１蒸気管１１に第１モータ弁２９と並列となるように配置されている。
逆止弁２３１は、排熱回収ボイラ７側からガスタービン１９に向かう方向のみに蒸気を流すものである。
圧力調整弁２２９は、排熱回収ボイラ７からガスタービン１９に供給される蒸気の圧力を調整する弁である。圧力調整弁２２９は、第１蒸気管１１に第１モータ弁２９と並列となるように配置されている。
逆止弁２３１は、排熱回収ボイラ７側からガスタービン１９に向かう方向のみに蒸気を流すものである。
なお、第１モータ弁２９がインチング（寸動）等により開度調節可能な弁である場合には、上述のように圧力調整弁２２９を第１蒸気管１１に設けなくてもよく、特に限定するものではない。
次に、本実施形態のコンバインド発電プラント２０１の特徴である一時停止後から再起動にわたる動作を説明する。なお、本実施形態のコンバインド発電プラント２０１における通常運転時における発電方法は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
コンバインド発電プラント２０１が一時停止されると、図６に示すように、第１モータ弁２９、第２開閉弁４７、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれ、圧力調整弁２２９は所定の開度に開かれる、
コンバインド発電プラント２０１が一時停止されると、図６に示すように、第１モータ弁２９、第２開閉弁４７、第２モータ弁４９、第１放出弁４３、第２放出弁４５、第３放出弁５５および第４放出弁５７は閉じられる。
一方、バイパス弁５９、第５放出弁６３および空気供給弁８５は開かれ、圧力調整弁２２９は所定の開度に開かれる、
この状態において、空気供給部８１は乾燥空気をガスタービン発電部３のガスタービン１９に供給し、ガスタービン１９内の蒸気を第５放出管６１およびフラッシュパイプ３７を介して大気に追い出す。このとき、第１および第２蒸気管１１，１３とバイパス管３５内には、圧力調整弁２２９により減圧された蒸気が満たされている。
ここで、空気供給部８１から供給される乾燥空気の圧力は、第1蒸気管１１内の蒸気の圧力より高く設定されている。そのため、乾燥空気と蒸気との圧力差により逆止弁２３１は閉じられ、蒸気はガスタービン１９内に流入しない。
ここで、空気供給部８１から供給される乾燥空気の圧力は、第1蒸気管１１内の蒸気の圧力より高く設定されている。そのため、乾燥空気と蒸気との圧力差により逆止弁２３１は閉じられ、蒸気はガスタービン１９内に流入しない。
その後、コンバインド発電プラント２０１を起動する場合には、最初にガスタービン発電部３が起動され、その後に蒸気タービン発電部５が起動される。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１モータ弁２９が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。また、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第２開閉弁４７および第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
ガスタービン発電部３を起動する際には、第１蒸気管１１のウォーミング完了後、第１モータ弁２９が開かれるとともに、空気供給弁８５が閉じられ、ガスタービン１９内の乾燥空気が蒸気に置換される。また、バイパス弁５９および第５放出弁６３が閉じられ、第２開閉弁４７および第４放出弁５７が開かれる。蒸気は第１蒸気管１１からガスタービン１９、第２蒸気管１３を流れて復水器２７に流入する。復水器２７への回収を続けながら、蒸気条件が確立した時点で、第２モータ弁４９を開き、蒸気タービン２３への流入を開始する。
上記の構成によれば、逆止弁２３１を用いたことにより、ガスタービン１９に蒸気より高圧な空気を供給するだけでガスタービン１９への蒸気の流入を防止できるため、ガスタービン１９への流入部における空気および蒸気の流れ制御が容易となる。また、開閉弁と比較して安価な逆止弁２３１を用いるので、コンバインド発電プラント２０１の製造コストを削減できる。
圧力調整弁２２９により逆止弁２３１に加えられる蒸気の圧力が下げられることから、ガスタービン１９に供給される空気の圧力を下げることができる。そのため、空気供給部８１に求められる供給圧力を低く抑えることができる。
圧力調整弁２２９により逆止弁２３１に加えられる蒸気の圧力が下げられることから、ガスタービン１９に供給される空気の圧力を下げることができる。そのため、空気供給部８１に求められる供給圧力を低く抑えることができる。
１，１０１，２０１ コンバインド発電プラント
３ ガスタービン発電部
５ 蒸気タービン発電部
７ 排熱回収ボイラ（蒸気供給部）
１１ 第１蒸気管
１３ 第２蒸気管
１９ ガスタービン
２３ 蒸気タービン
３１ 第１開閉弁（第１制御部）
３５ バイパス管
４７ 第２開閉弁（第２制御部）
５９ バイパス弁（第３制御部）
６１ 第５放出管（放出部）
６３ 第５放出弁（放出部）
８１ 空気供給部（流体供給部）
１４７ 逆止弁（第２制御部）
２２９ 圧力調整弁（圧力調整部）
２３１ 逆止弁（第１制御部）
３ ガスタービン発電部
５ 蒸気タービン発電部
７ 排熱回収ボイラ（蒸気供給部）
１１ 第１蒸気管
１３ 第２蒸気管
１９ ガスタービン
２３ 蒸気タービン
３１ 第１開閉弁（第１制御部）
３５ バイパス管
４７ 第２開閉弁（第２制御部）
５９ バイパス弁（第３制御部）
６１ 第５放出管（放出部）
６３ 第５放出弁（放出部）
８１ 空気供給部（流体供給部）
１４７ 逆止弁（第２制御部）
２２９ 圧力調整弁（圧力調整部）
２３１ 逆止弁（第１制御部）
Claims (4)
- ガスタービンを備えたガスタービン発電部と、
蒸気タービンを備えた蒸気タービン発電部と、
前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気供給部と、
該蒸気供給部から前記ガスタービンへ蒸気を導く第１蒸気管と、
前記ガスタービンから前記蒸気タービンに蒸気を導く第２蒸気管と、
前記第１蒸気管から前記ガスタービンへの蒸気の流入を制御する第１制御部と、
前記ガスタービンから前記第２蒸気管への蒸気の流出を制御する第２制御部と、
前記ガスタービンと前記第２制御部との間に設けられ、前記ガスタービン内の蒸気を前記ガスタービンの外部に放出する放出部と、
前記ガスタービン内から蒸気を追出す流体を導入する流体供給部と、
前記第１蒸気管の蒸気を前記第２蒸気管へ導くバイパス管と、
前記第２蒸気管と前記バイパス管との接続部よりも下流側の前記第２蒸気管に接続され、蒸気を外部に放出する放出管と、
が設けられたことを特徴とするコンバインド発電プラント。 - 前記バイパス管には、蒸気の流れを制御する第３制御部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のコンバインド発電プラント。
- 前記第２制御部は、前記ガスタービンから前記第２蒸気管に向かう方向のみに流体を流す逆止弁であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバインド発電プラント。
- 前記第１制御部は、前記第１蒸気管から前記ガスタービンに向かう方向のみに流体を流す逆止弁であり、
前記蒸気供給部と前記第１制御部との間の前記第１蒸気管には、蒸気の圧力を調整する圧力調整部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバインド発電プラント。
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